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Anordnung zum Löschen von Hochspannungslichtbögen.
Die Verwendung von Druckgas zur Löschung von Hochspannungslichtbögen ist an sich bekannt, doch haben diesbezügliche Bestrebungen erst in jüngster Zeit zu brauchbaren Ergebnissen geführt. Die löschende Wirkung des Druckgases setzt sich bei den bisher bekannten Konstruktionen aus folgenden Komponenten zusammen : a) Beeinflussung der Ionenbewegung durch den Gasstrahl (Entführung von Ionen aus dem Lichtbogen). b) Mechanische Kraftwirkung auf den Lichtbogen (Ausweitung, Verlängerung und Zerreissung). c) Kühlender Einfluss des Gasstromes auf die Elektroden bzw. die Lichtbogenfusspunkte.
Die Fusspunkte des sich bildenden Lichtbogens sitzen bei einer bekannten Anordnung beispielsweise einerseits an der Spitze eines Mittelkontaktes, anderseits an der inneren Rotationsfläche eines mit diesem zusammenwirkenden Ringkontaktes. Dabei müssen unter allen Umständen die aus dem Mittelkontakt austretenden Ionen im Gebiete der vollen Feldstärke am Ringkontakt vorübergeführt werden, so dass sich trotz der bei den üblichen Spannungen verhältnismässig niedrigen Ionengeschwindigkeit die Notwendigkeit enorm hoher Blasdrucke ergibt. Überdies lässt die unsymmetrische Kontaktanordnung befürchten, dass der Schaltvorgang von der jeweiligen Stromrichtung im Augenblick des Beginnens der Unterbrechung abhängig wird, der Schalter also Polarität zeigt.
Der kühlende Einfluss des Druckgases kann bei dieser Kontaktanordnung nur zum Teil, nämlich an der Mittelkontaktspitze, ausgenutzt werden, während der zweite Fusspunkt des Lichtbogens, der knapp vor dem Abreissen ausserhalb des Gasstromes liegt, daher nicht richtig beblasen wird. Die mechanische Kraft des Druckgases wirkt nur innerhalb einer relativ kurzen Strecke, wodurch die mögliche Dehnung des Lichtbogens beschränkt ist. Bei dieser Konstruktion ist also vor allem darauf Bedacht genommen, das Abreissen des Lichtbogens nur an der Mittelelektrode zu erzwingen, welche Absicht, wie aus veröffentlichten Versuchsergebnissen ersichtlich ist, auch erreicht wurde.
Es ist auch eine andere Schalterbauart mit symmetrischen bzw. spiegelbildlich geformten Kontakten bereits bekannt ; dabei wird der Lichtbogen in einer Kammer quer zu dem im Wesen geradlinigen Gasstrahl gezogen, es trifft also der Gasstrahl zwar den Lichtbogen und seine Fusspunkte im Augenblick des Entstehens, aber es ist die Abwanderung der Lichtbogenfusspunkte nach Stellen relativ geringer Beblasung ohne Schwierigkeiten möglich und wird durch die Tendenz des Lichtbogens, sich bogenförmig auszubilden, geradezu unterstützt. In diesem Zustand bleibt dann die Wirksamkeit des Gasstrahles zur Hauptsache auf den Mittelteil des Lichtbogens beschränkt, die Gefahr des Wiederzündens von den heissen Fusspunkten aus bleibt bestehen.
Gemeinsam mit der zuerst besprochenen Konstruktion hat auch diese Bauart den Nachteil der kurzen möglichen Lichtbogenlänge. Praktisch unbeschränkt Lichtbogenlängen würden auch die bereits bekanntgewordenen Konstruktionen mit röhrenförmigen Kontakten in einer Schaltkammer gestatten. Wenn die Lichtbogenfusspunkte gezwungen werden, im Innern der Rohre von den Kontaktstellen nach aussen zu wandern,Iassen sich auf diese Art beliebig grosse Lichtbogenlängen erzielen. Die bisher bekannt gewesenen Konstruktionen werden aber diese Voraussetzung infolge einer unrichtigen Kontaktausbildung, die zur Stauung des Gasstrahls Anlass gibt, allerdings nicht erfüllen, da der Lichtbogenfuss an der Aussenseite des zugespitzten Hauptkontaktes hängen bleiben kann.
Mangels für die Leitung des Gasstromes geeigneter Kontaktformen dieser bekannten Schalterkonstruktionen und dementsprechender Luftführung wird nämlich die Bildung von toten Zonen, in denen ein Lichtbogenfusspunkt sich dauernd erhalten kann, nicht vermieden, wodurch auch trotz der röhrenförmigen
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Kontaktausbildung der mögliche Effekt der Lichtbogenstreckung nicht ini vollen Ausmass erzielt werden kann.
Erfindungsgemäss vermeidet die im nachstehenden beschriebene, in der Zeichnung schematisch dargestellte Anordnung sämtliche dieser Nachteile. Die kolbenförmigen, insbesondere z. B. pilzförmigen Kontakte K sind in einem Rohr verschiebbar angeordnet. Das Pressgas wird dem Ringraum R in beliebiger Weise zugeführt (in der Zeichnung nicht dargestellt), wobei die Mantelfläche des Ringraumes R, welche an dieser Stelle für die Führung der kolbenförmigen Kontakte nicht benötigt wird, auch ausgebaucht oder in einer für die gleichmässige Gaseinführung erforderlichen Art ausgebildet werden kann (z. B. als Spiralgehäuse). Das Pressgas bewirkt bei der Ausschaltung direkt oder mit Hilfe besonderer Steuerkolben ein Auseinandergehen der Kontakte K.
Der Lichtbogen entsteht dabei zwischen den beiden kreisringförmigen Berührungsflächen der Kontakte K und wird durch das allseits radial zuströmende Druckgas nach innen geblasen. Da die beiden Kreisringflächen in zueinander parallelen Ebenen liegen, braucht der Lichtbogen bei seiner Wanderung nach innen seine Länge nicht zu ändern und setzt daher der Verschiebung seiner Fusspunkte nur geringen Widerstand entgegen. Die beiden Lichtbogenfusspunkte erreichen daher nach kurzer Zeit den inneren Rand der Kreisringfläche und wandern nur unter dem Einfluss des strömenden Druckgases in zueinander entgegengesetzter Richtung längs der Innenfläche des rohrförmigen Ausblaseraumes AR.
Es ist dabei wesentlich, dass der Druckgasstrom automatisch in zwei Teile zerfällt, deren jeder nur eine Elektrode bebläst, wodurch der Ionentransport von einer Elektrode zur andern mit Sicherheit vermieden wird, da die fortzuschaffenden Ionen die Gegenelektrode nicht zu passieren brauchen. Die Anordnung der rohrförmigen Ausblaseräume AR hat nicht nur den Vorteil, dass sie das Auseinanderziehen des Lichtbogens bis auf sehr grosse Längen und damit die volle Ausnützung der mechanischen Wirkung des Druckgasstrahles auf den Lichtbogen gestattet, sondern sie ermöglicht auch zwanglos die günstigste Bemessung der Strömungsquerschnitte für das Druckgas. Beide Elektroden werden gleichmässig beblasen. Bei den Fusspunkten ist ein Abirren nach Flächen, die vom Druckgas nicht richtig bespült werden, unmöglich gemacht.
Die erfindungsgemässe Anordnung hat weiter den Vorteil, dass im Innern der beiden rohrförmigen Ausblaseräume AR nur relativ sehr geringe elektrische Feldstärken herrschen, da das elektrische Feld sich in der Hauptsache zwischen den einander am nächsten liegenden Begrenzungsmantelflächen der beiden Kontakte ausbildet. Sitzen die Lichtbogenfusspunkte aber einmal an den inneren Zylinderflächen AR, und nach vorstehendem sind sie ohne Schwierigkeit dorthin zu bringen, dann entstehen die beweglichen Ladungsträger, also in Gebieten geringer Feldstärke, können somit nur geringen elektrischen Beeinflussungen unterliegen, geringe Beschleunigungen erfahren, so dass sie also vom Druckgas weggeblasen werden können.
Aus demselben Grunde setzt der Lichtbogen einer Wanderung seiner Fusspunkte innerhalb der Ausblaseräume AR nur geringe Widerstandskraft entgegen, der Lichtbogen wird sozusagen verweichlicht, wobei die schnelle Wanderung der Fusspunkte innerhalb der Ausblaseräume AR eine ausreichende Erhitzung des jeweiligen Fusspunktes auf die Emissionstemperatur so erschwert, dass ein Wiederzünden nach der ersten Halbwelle bereits unterbleibt.
Zweckmässigerweise werden, wie die Zeichnung zeigt, die Kontakte derart ausgebildet, dass die einander zugekehrten Flächen der Kontakte bis auf die Berührungsflächen derselben konvexe Rotationsflächen (pilzförmig) sind. Im besonderen Fall sind sie spiegelbildlich ausgebildet. Die pilzförmige Ausbildung bezweckt derartige Verhältnisse zu schaffen, dass die Strömung des Löschmittels möglichst zwanglos unter Vermeidung schädlicher Stauungen, Wirbelbildungen und toter Stellen, aus denen ein Lichtbogenfusspunkt nicht hinausgeblasen werden würde, erfolgt.
Bei dem Druckgasschalter gemäss der Erfindung ist es möglich, die symmetrisch angeordneten, röhrenförmigen Kontakte durch ihre kolbenförmige Ausbildung selbst zur Einleitung der Öffnungsbewegung durch den Druck des Löschmittels bei der Ausschaltung des Schalters heranzuziehen. In der Zeichnung sind an den röhrenförmigen Kontaktteilen ausserhalb des Lichtbogenbereiches Ringkolben jE'angebracht. Bei dieser Ausschaltung durch den Druck des Löschmittels werden die Kontakte in der Einschaltestellung durch Federn oder Klinken gehalten, so dass die Ausschaltung erst dann erfolgt, wenn diese Sperren geöffnet werden oder der nötige
Gasdruck in der Schaltkammer erreicht ist.
Es ist erwünscht, eine möglichst hohe Ausströmungsgeschwindigkeit des Lösehmittels zu erreichen, weil dadurch die Zerreissung des Lichtbogens in kürzester Zeit gewährleistet wird. Aus diesem Grunde soll für die erfindungsgemässe Anordnung die Wirkungsweise der bekannten Lavaldüse mitverwendet werden. Bei der Lavaldüse wird durch anfängliche Verengung und spätere Erweiterung des Strömungsquerschnittes, wobei der Querschnitt beim Eintritt in die Düse, der engste Querschnitt sowie die Art der Querschnittzunahme hinter dem engsten Querschnitt bestimmten Bedingungen entsprechen, eine aussergewöhnlich hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht.
Diese bekannte Wirkung der Lavaldüse wird dadurch in der beschriebenen Kontaktanordnung erzielt, dass durch die einander zugekehrten Konvexflächen eine Querschnittsverengung des Gasstromes erzwungen wird, welche durch konische Erweiterung der rohrförmigen Ausblaseräume AR (nicht ge- zeichnet) vervollständigt wird.
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Die Erzeugende der Rotationsflächen der Kontakte kann (wie dargestellt) aus Geraden zusammengesetzt sein oder aus Kurven bestehen, wobei jedoch zweckmässigerweise Knickstellen und Unstetigkeiten in der Krümmung vermieden werden, damit die Strömung des Löschmittels möglichst zwanglos unter Vermeidung schädlicher Stauungen, Wirbelbildungen und toter, nicht beblasener Zonen erfolgen kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Löschen von Hochspannungslichtbögen durch eine Druckflüssigkeit oder ein Druckgas, das aus einer Schaltkammer durch die röhrenförmigen, darin befindlichen Elektroden ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden an ihrem als Kontakt ausgebildeten Ende die Form von Kolben besitzen, zwischen welchen die Druckflüssigkeit eingeführt wird.